Einstein, Quantenspuk und die Weltformel (German Edition)

Raumzeit.
    Der Wirkungsradius der Gravitation ist in der allgemeinen Relativitätstheorie übrigens unendlich. Auch am hintersten Rand des Universums wäre demnach die Gravitation unserer Sonne messbar. Zumindest theoretisch. Allerdings sollte man berücksichtigen, dass auch die Gravitation dem Verdikt der Lichtgeschwindigkeit unterworfen ist. Im Zentrum der Milchstrasse befindet sich ein Schwarzes Loch, dessen Gravitation rund 27‘000 Jahre unterwegs ist, bis sie die Erde erreicht. Prinzipiell ist die Reichweite der Gravitation nach heutigem Unverständnis aber unendlich. Die Gravitation unserer Sonne erreicht jeden Winkel im Universum, wenn ihr nur genug Zeit zur Verfügung steht, um sich dahin auszubreiten. Es ist gut möglich, dass eine zukünftige Quantengravitationstheorie die Reichweite der Gravitation einschränkt. In einer solchen Theorie wäre die Gravitation wie die anderen Naturkräfte quantisiert, das heisst, ihre Wirkung könnte nur als Vielfaches einer kleinsten Menge Gravitation übertragen werden. Etwa so, wie Sie nur mit der ge Gravitation übertragen werden. Etwa so, wie Sie nur mit der Cent-Münze beim Euro, diese aber nicht noch zusätzlich herunterbrechen können. Wenn die Gravitation als Vielfaches einer kleinsten Menge Gravitation übertragen wird, kann die Gravitationswirkung mit zunehmendem Abstand nicht beliebig kleiner werden, da die kleinsten Pakete Gravitation nicht gebrochen werden können. Folglich wäre die Reichweite der Gravitation nicht unendlich, wie es die allgemeine Relativitätstheorie annimmt, sondern würde sich ab einer bestimmten Entfernung auflösen. Die Quantisierung der Gravitation ist aber bisher nicht gelungen und stellt zusammen mit der Vereinigung der drei nicht-gravitativen Naturkräfte eine der grössten Herausforderungen der Physik dar. Eine solche vereinheitlichende Theorie könnte auch den Schlüssel zu ungelösten Fragen wie der Gravitationskonstante liefern. Die Gravitationskonstante definiert, inwiefern die Anwesenheit von Massen und Energien die Raumzeit krümmt, also eine Gravitationskraft bewirkt. Die Gravitationskonstante ist die Naturkonstante mit der grössten Ungenauigkeit, da ihre präzise Messung sehr schwierig ist. Grundsätzlich gelten Naturkonstanten aber auch als Indiz für die Unvollständigkeit einer physikalischen Theorie. Wenn wir die Struktur von Raum und Zeit und die Ursache der Naturkräfte dereinst wirklich verstanden haben, könnten sich die Naturkonstanten direkt aus dem Formalismus einer solchen Theorie ergeben. Die Gravitationskonstante könnte hierbei stark mit der mikroskopischen Struktur von Raum und Zeit verbunden sein. In einigen Theorien wie der Loop-Quantengravitation sieht es danach aus, als wenn auch Raum und Zeit quantisiert wären, und es damit eine kleinste Einheit Raum und Zeit gibt. Die Stringtheorie wiederum vermutet die Übertragungsteilchen der Gravitation als ringförmige Fäden, weshalb diese alle Dimensionen durchdringen können. Das sind allerdings bisher nur Vermutungen, im Gegensatz zur allgemeinen Relativitätstheorie, die experimentell sehr breit abgestützt ist und im Grundkern auch in einer allfällig übergeordneten Theorie erhalten bleiben wird. Etwa so, wie auch die Newton Gesetze als Grenzfall der Relativitätstheorie für kleine Geschwindigkeiten und Energien ihre Gültigkeit behalten haben.
    Vielleicht haben Sie sich bei Gelegenheit gefragt, weshalb die Erde nicht in die Sonne stürzt, obwohl die Sonne eine wesentlich stärkere Gravitation bewirkt als unser Heimatplanet. Wie wir kurz angesprochen haben, ist es der Bewegung der Sonne zu verdanken, dass wir uns auf einer relativ gleichmässigen Umlaufbahn befinden. Die Erde folgt in ihrer Umlaufbahn dem Prinzip des geringsten Widerstands.
Abbildung 3Der kürzeste Weg von A nach B
    Demselben Prinzip folgen auch alle anderen natürlichen Prozesse. Kein Fluss fliesst bergauf, kein Lichtstrahl fliegt im Zickzack-Kurs durch das Universum. Gleiches gilt auch für alle Himmelskörper und Planeten. Auf einer flachen Raumzeit (in Abwesenheit von Gravitation) wäre dieser Weg eine Gerade. Von A nach B ist der kürzeste Weg nach klassischer Vorstellung einfach der direkte Weg. Auf einem Fussballfeld führt der kürzeste Weg von der linken zu rechten Seite entlang der Mittellinie und ist demnach eine Gerade. In der gekrümmten Raumzeit, also in dem Universum, in dem wir leben, führt der kürzeste Weg allerdings nicht mehr direkt von A nach B, sondern entlang